Dinamo teorisi - Dynamo theory

Dünyanın manyetik alanını yaratan dinamo mekanizmasının çizimi: Dünyanın dış çekirdeğindeki akışkan metalin, iç çekirdekten gelen ısı akışıyla tahrik edilen, Coriolis kuvveti tarafından rulolar halinde düzenlenen konveksiyon akımları, manyetik alanı oluşturan dolaşımdaki elektrik akımlarını yaratır. .

Olarak fizik , jeomanyetizma gibi bir gök cismi bir mekanizma önermektedir Dünya veya yıldız bir oluşturur manyetik alan . Dinamo teorisi, dönen, taşınan ve elektriksel olarak iletken bir sıvının astronomik zaman ölçeklerinde bir manyetik alanı koruyabildiği süreci tanımlar . Bir dinamonun, Dünya'nın manyetik alanının ve Merkür'ün ve Jovian gezegenlerinin manyetik alanlarının kaynağı olduğu düşünülmektedir .

teori tarihi

Ne zaman William Gilbert yayınlanan Magnete de 1600 yılında, o Yermanyetik olduğu sonucuna ve bu manyetizma kökenini ilk hipotezini ortaya atmıştır öyle de bulduk olarak kalıcı manyetizma Lodestone . 1919'da Joseph Larmor , bir dinamonun alanı oluşturabileceğini öne sürdü . Ancak, hipotezini ileri sürdükten sonra bile, bazı önde gelen bilim adamları alternatif açıklamalar geliştirdiler. Einstein , elektron ve proton yükleri arasında bir asimetri olabileceğine ve böylece Dünya'nın manyetik alanının tüm Dünya tarafından üretileceğine inanıyordu. Nobel ödüllü Patrick Blackett arasında temel bir ilişki arayan bir dizi deney yaptılar açısal momentumu ve manyetik an , ama hiçbiri bulundu.

Dünyanın manyetizmasının bir açıklaması olarak şu anda kabul edilen dinamo teorisinin "babası" olarak kabul edilen Walter M. Elsasser , bu manyetik alanın Dünya'nın akışkan dış çekirdeğinde indüklenen elektrik akımlarından kaynaklandığını öne sürdü. Kayalardaki minerallerin manyetik yöneliminin araştırılmasına öncülük ederek Dünya'nın manyetik alanının tarihini ortaya çıkardı.

Manyetik alanı ohmik bozunmaya karşı korumak için (ki bu, dipol alanı için 20.000 yılda gerçekleşecektir), dış çekirdeğin konveksiyon yapıyor olması gerekir. Konveksiyon muhtemelen termal ve kompozisyon konveksiyon bir kombinasyonudur. Manto, ısının çekirdekten çekilme hızını kontrol eder. Isı kaynakları, çekirdeğin sıkıştırılmasıyla açığa çıkan yerçekimi enerjisini , büyüdükçe iç çekirdek sınırında hafif elementlerin (muhtemelen kükürt , oksijen veya silikon ) reddedilmesiyle salınan yerçekimi enerjisini , iç çekirdek sınırında gizli kristalleşme ısısını, ve potasyum , uranyum ve toryumun radyoaktivitesi .

21. yüzyılın şafağında, Dünya'nın manyetik alanının sayısal modellemesi başarılı bir şekilde gösterilemedi. İlk modeller, gezegenin akışkan dış çekirdeğinde konveksiyon yoluyla alan üretimine odaklanmıştır. Model, çekirdek sıvısı için tek tip bir çekirdek yüzey sıcaklığı ve olağanüstü yüksek viskoziteler varsaydığında, güçlü, Dünya benzeri bir alanın oluşumunu göstermek mümkün oldu. Daha gerçekçi parametre değerleri içeren hesaplamalar, Dünya'ya daha az benzeyen manyetik alanlar verdi, ancak sonuçta doğru bir analitik modele yol açabilecek model iyileştirmelerinin olduğunu gösterdi. Çekirdek-yüzey sıcaklığındaki birkaç millikelvin aralığındaki küçük değişiklikler, konvektif akışta önemli artışlara neden olur ve daha gerçekçi manyetik alanlar üretir.

Resmi tanımlama

Dinamo teorisi, dönen, taşınan ve elektriksel olarak iletken bir sıvının bir manyetik alanı korumak için hareket ettiği süreci tanımlar. Bu teori, astrofiziksel cisimlerde anormal derecede uzun ömürlü manyetik alanların varlığını açıklamak için kullanılır. Geodinamodaki iletken sıvı, dış çekirdekte sıvı demirdir ve güneş dinamosunda takoklin'de iyonize gazdır . Astrofizik cisimlerin dinamo teorisi , sıvının manyetik alanı sürekli olarak nasıl yenileyebileceğini araştırmak için manyetohidrodinamik denklemleri kullanır .

Bir kez inanılıyordu dipol çok içerir, dünyanın manyetik alanı ve 11.3 derece dönüş ekseni boyunca hizalı olduğu, toprağa materyallerin kalıcı manyetizasyon neden oldu. Bu, dinamo teorisinin başlangıçta Güneş'in manyetik alanını Dünya ile olan ilişkisi içinde açıklamak için kullanıldığı anlamına gelir. Bununla birlikte, ilk olarak 1919'da Joseph Larmor tarafından önerilen bu hipotez, manyetik seküler varyasyon , paleomanyetizma ( kutupların tersine çevrilmesi dahil ), sismoloji ve güneş sisteminin element bolluğu üzerine yapılan kapsamlı çalışmalar nedeniyle değiştirildi . Ayrıca, Carl Friedrich Gauss'un teorilerinin manyetik gözlemlere uygulanması, Dünya'nın manyetik alanının dıştan ziyade içsel bir kökene sahip olduğunu gösterdi.

Bir dinamonun çalışması için üç koşul vardır:

• Elektriksel olarak iletken bir akışkan ortam
• Gezegen dönüşü ile sağlanan kinetik enerji
• Akışkan içindeki konvektif hareketleri sağlamak için dahili bir enerji kaynağı.

Dünya örneğinde, manyetik alan, dış çekirdekteki sıvı demirin konveksiyonu tarafından indüklenir ve sürekli olarak korunur. Alan indüksiyonu için bir gereklilik, dönen bir sıvıdır. Dış çekirdekteki dönüş, Dünya'nın dönmesinin neden olduğu Coriolis etkisi ile sağlanır . Coriolis kuvveti, akışkan hareketlerini ve elektrik akımlarını dönme ekseni ile hizalanmış sütunlar halinde düzenleme eğilimindedir (ayrıca Taylor sütunlarına bakınız ). Manyetik alanın indüksiyonu veya oluşturulması, indüksiyon denklemi ile tanımlanır :

${\displaystyle {\frac {\partial \mathbf {B} }{\partial t}}=\eta \nabla ^{2}\mathbf {B} +\nabla \times (\mathbf {u} \times \mathbf) {B} )}$

burada u hızı, B , manyetik alan T zamanı ve bir manyetik yayılma ile elektriksel iletkenlik ve geçirgenlik . Sağ taraftaki ikinci terimin birinci terime oranı, manyetik alanın adveksiyonunun difüzyona boyutsuz bir oranı olan manyetik Reynolds sayısını verir . ${\displaystyle \eta =1/(\sigma \mu )}$${\görüntüleme stili \sigma }$${\görüntüleme stili \mu }$

Bir dinamoyu destekleyen gelgit ısıtması

Gök cisimleri arasındaki gelgit kuvvetleri, içlerini ısıtan sürtünmeye neden olur. Bu, gelgit ısıtması olarak bilinir ve iç kısmı sıvı halde tutmaya yardımcı olur. Bir dinamo üretmek için elektriği iletebilen sıvı bir iç kısım gereklidir. Satürn'ün Enceladus'u ve Jüpiter'in Io'su iç çekirdeklerini sıvılaştırmak için yeterli gelgit ısıtmasına sahiptir, ancak elektrik iletemediklerinden bir dinamo oluşturamayabilirler. Merkür, küçük boyutuna rağmen manyetik bir alana sahiptir, çünkü demir bileşiminin oluşturduğu iletken bir sıvı çekirdeğe ve oldukça eliptik yörüngesinden kaynaklanan sürtünmeye sahiptir. Ay'ın bir zamanlar manyetik alana sahip olduğu teorisi, manyetize ay kayalarından elde edilen kanıtlara dayanarak, Dünya'ya olan kısa süreli yakınlığı nedeniyle gelgit ısınması yarattığı için teoridir. Bir gezegenin yörüngesi ve dönüşü, sıvı bir çekirdek sağlamaya yardımcı olur ve bir dinamo hareketini destekleyen kinetik enerjiyi destekler.

Kinematik dinamo teorisi

Kinematik dinamo teorisinde, dinamik bir değişken olmak yerine hız alanı öngörülmüştür : Model, manyetik alana tepki olarak akışın bozulmasını öngörmemektedir. Bu yöntem, tamamen doğrusal olmayan kaotik bir dinamonun zamana göre değişken davranışını sağlayamaz, ancak manyetik alan kuvvetinin akış yapısı ve hızı ile nasıl değiştiğini incelemek için kullanılabilir.

Maxwell denklemlerini Ohm yasasının kıvrımı ile aynı anda kullanarak , manyetik alanın hız alanından bağımsız olduğu varsayıldığında yapılabilen manyetik alanlar ( B ) için temel olarak lineer bir özdeğer denklemi türetilebilir . Bir kritik manyetik Reynolds sayısına ulaşılır , bunun üzerinde akış kuvveti uygulanan manyetik alanı büyütmek için yeterlidir ve altında manyetik alanın dağıldığı.

Olası dinamoların pratik ölçüsü

Kinematik dinamo teorisinin en işlevsel özelliği, bir hız alanının dinamo etkisine sahip olup olmadığını test etmek için kullanılabilmesidir. Küçük bir manyetik alana deneysel olarak belirli bir hız alanı uygulayarak, uygulanan akışa tepki olarak manyetik alanın büyüme eğiliminde olup olmadığı (ya da büyümediği) gözlemlenebilir. Manyetik alan büyüyorsa, sistem ya dinamo etkisi yapabilir ya da bir dinamodur, ancak manyetik alan büyümezse, o zaman basitçe "dinamo değil" olarak adlandırılır.

Membran paradigması olarak adlandırılan benzer bir yöntem , kara deliklere bakmanın bir yoludur ve bu, yüzeylerine yakın malzemenin dinamo teorisi dilinde ifade edilmesini sağlar.

Bir topolojik süpersimetrinin kendiliğinden bozulması

Kinematik dinamo, aynı zamanda, arka plan maddesinin akışıyla ilgili ilgili stokastik diferansiyel denklemin topolojik süpersimetrisinin kendiliğinden bozulması olgusu olarak da görülebilir. İçinde stokastik süpersimetrik teori , bu süpersimetri içsel bir özelliktir tüm stokastik diferansiyel denklemler , yorumlanması sürekli zaman aracılığıyla modelin faz uzayı korur süreklilik akmasıdır. Bu akışın sürekliliği kendiliğinden bozulduğunda, sistem deterministik kaosun stokastik durumundadır . Başka bir deyişle, kinematik dinamo, altta yatan arka plan maddesindeki kaotik akış nedeniyle ortaya çıkar.

Doğrusal olmayan dinamo teorisi

Manyetik alan sıvı hareketlerini etkileyecek kadar güçlü hale geldiğinde kinematik yaklaşım geçersiz hale gelir. Bu durumda hız alanı Lorentz kuvveti tarafından etkilenir ve bu nedenle indüksiyon denklemi manyetik alanda artık lineer değildir. Çoğu durumda bu, dinamo genliğinin sönmesine yol açar. Bu tür dinamolara bazen hidromanyetik dinamolar da denir . Astrofizik ve jeofizikteki neredeyse tüm dinamolar hidromanyetik dinamolardır.

Teorinin ana fikri, dış çekirdekte bulunan herhangi bir küçük manyetik alanın, Lorenz kuvveti nedeniyle orada hareket eden akışkanda akımlar oluşturmasıdır. Bu akımlar, Ampere yasası nedeniyle daha fazla manyetik alan yaratır . Akışkan hareketi ile akımlar, manyetik alan güçlenecek şekilde ( negatif olduğu sürece ) taşınır . Böylece, bir "tohum" manyetik alanı, mevcut manyetik olmayan kuvvetlerle ilgili bir değere ulaşana kadar giderek güçlenebilir. ${\displaystyle \;\mathbf {u} \cdot (\mathbf {J} \times \mathbf {B} )\;}$

Tamamen doğrusal olmayan dinamoları simüle etmek için sayısal modeller kullanılır. Aşağıdaki denklemler kullanılır:

• Yukarıda sunulan indüksiyon denklemi.
• İhmal edilebilir elektrik alanı için Maxwell denklemleri:

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {B} =0}$

${\displaystyle \nabla \times \mathbf {B} =\mu _{0}\mathbf {J} }$

• Süreklilik denklemi için kütle korunduğu için de Boussinesq yaklaşımı sık sık kullanılmaktadır:

${\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {u} =0,}$

• Navier Stokes denklemi korunması için ivme harici kuvvetlerin sonucu olarak manyetik kuvvet ve yerçekimi kuvveti ile aynı yaklaşım yine:

${\displaystyle {\frac {D\mathbf {u} }{Dt}}=-{\frac {1}{\rho _{0}}}\nabla p+\nu \nabla ^{2}\mathbf {u } +\rho '\mathbf {g} +2\mathbf {\Omega } \times \mathbf {u} +\mathbf {\Omega } \times \mathbf {\Omega } \times \mathbf {R} +{\ frac {1}{\rho _{0}}}\mathbf {J} \times \mathbf {B} ~,}$

burada kinematik bir viskozite , ortalama yoğunluğu ve (termal konveksiyon için kaldırma kuvveti sağlar nispi yoğunluk pertürbasyon olan bir termal genleşme katsayısı ), bir Earth dönüş hızı , ve elektrik akım yoğunluğudur.${\görüntüleme stili \,\nu \,}$${\görüntüleme stili \,\rho _{0}\,}$${\görüntüleme stili \rho '}$${\displaystyle \;\rho '=\alpha \Delta T\;}$${\görüntüleme stili \,\alfa \,}$${\ Displaystyle \,\Omega \,}$${\displaystyle \,\mathbf {J} \,}$

• Genellikle ısıdan (bazen hafif element konsantrasyonu) oluşan bir taşıma denklemi:

${\displaystyle {\frac {\,\partial T\,}{\partial t}}=\kappa \nabla ^{2}T+\epsilon }$

burada T sıcaklıktır, k termal iletkenlik, ısı kapasitesi ve yoğunluk ile termal yayılımdır ve isteğe bağlı bir ısı kaynağıdır. Genellikle basınç, hidrostatik basınç ve merkezcil potansiyel kaldırılmış halde dinamik basınçtır.${\displaystyle \;\kappa =k/\rho c_{p}\;}$${\displaystyle \,c_{p}\,}$${\görüntüleme stili \rho }$${\ Displaystyle \,\epsilon \,}$

Bu denklemler daha sonra boyutsuzlaştırılarak boyutsuz parametreler tanıtılır,

${\displaystyle R_{\mathsf {a}}={\frac {\,g\alpha TD^{3}\,}{\nu \kappa }}\;,\quad E={\frac {\nu } {\,\Omega D^{2}\,}}\;,\quad P_{\mathsf {r}}={\frac {\,\nu \,}{\kappa }}\;,\quad P_ {\mathsf {m}}={\frac {\,\nu \,}{\eta }}}$

burada R, _bir olan Rayleigh sayısı , E Ekman sayısı , p _r ve p _m Prandtl ve manyetik Prandtl sayısı . Manyetik alan ölçeklendirmesi genellikle Elsasser sayı birimlerindedir${\displaystyle B=(\rho \Omega /\sigma )^{\frac {1}{2}}\;.}$

Manyetik ve kinematik enerji arasındaki enerji dönüşümü

Navier-Stokes denkleminin yukarıdaki formunun skaler ürünü , sol taraftaki kinetik enerji yoğunluğunun artış oranını verir . Sağ taraftaki son terim ise Lorentz kuvveti nedeniyle kinetik enerjiye yerel katkıdır . ${\displaystyle \;\rho _{0}\mathbf {u} \;}$${\displaystyle \;{\tfrac {1}{2}}\rho _{0}u^{2}c\;}$${\displaystyle \;\mathbf {u} \cdot (\mathbf {J} \times \mathbf {B} )\;}$

İle indüksiyon denkleminin skaler ürünü , sol taraftaki manyetik enerji yoğunluğunun artış oranını verir . Sağ taraftaki son terim o zaman Denklem hacimle bütünleşik olduğundan, bu terim bir sınır terimine (ve skaler üçlü çarpım özdeşliğinin çift ​​kullanımıyla ) (Maxwell denklemlerinden birinin kullanıldığı yerde ) eşdeğerdir. ). Bu, akışkan hareketinden dolayı manyetik enerjiye yerel katkıdır. ${\displaystyle (1/\mu _{0})\mathbf {B} }$${\displaystyle \;{\tfrac {1}{2}}\mu _{0}B^{2}\;}$${\displaystyle (1/\mu _{0})\mathbf {B} \cdot \left(\nabla \times \left(\mathbf {u} \times \mathbf {B} \sağ)\sağ)\; .}$${\displaystyle \;-\mathbf {u} \cdot \left({\frac {1}{\mu _{0}}}\left(\nabla \times \mathbf {B} \sağ)\times \mathbf {B} \sağ)=-\mathbf {u} \cdot \left(\mathbf {J} \times \mathbf {B} \sağ)~}$

Dolayısıyla terim , kinetik enerjinin manyetik enerjiye dönüşüm hızıdır. Dinamonun manyetik alan oluşturması için bu, hacmin en azından bir kısmında negatif olmamalıdır. ${\displaystyle \;-\mathbf {u} \cdot (\mathbf {J} \times \mathbf {B} )\;}$

Yukarıdaki şemadan, bu terimin neden pozitif olması gerektiği açık değildir. Basit bir argüman, net etkilerin dikkate alınmasına dayanabilir. Manyetik alanı oluşturmak için net elektrik akımı gezegenin dönme eksenini sarmalıdır. Bu durumda terimin pozitif olması için iletken maddenin net akışının dönme eksenine doğru olması gerekir. Diyagram sadece kutuplardan ekvatora giden net akışı gösterir. Bununla birlikte kütle korunumu, ekvatordan kutuplara doğru ek bir akış gerektirir. Bu akış dönme ekseni boyunca olsaydı, bu, dolaşımın, dönme eksenine doğru gösterilenlerden bir akışla tamamlanacağı ve istenen etkinin üretileceği anlamına gelir.

Dünya'nın dinamo tarafından oluşturulan manyetik alanın büyüklük sırası

Kinetik enerjinin manyetik enerjiye dönüşüm oranı için yukarıdaki formül, hızı olan dış çekirdek madde üzerindeki bir kuvvet tarafından yapılan işin hızına eşdeğerdir . Bu iş, akışkana etkiyen manyetik olmayan kuvvetlerin sonucudur. ${\displaystyle \;\mathbf {J} \times \mathbf {B} \;}$${\displaystyle \mathbf {u} }$

Bunlardan, yerçekimi kuvveti ve merkezkaç kuvveti olan tutucu ve bu yüzden kapalı döngü sıvı hareket için genel bir katkıya sahiptir. Geri kalan iki kuvvet, yani viskozite ve Coriolis kuvveti arasındaki oran olan Ekman sayısı (yukarıda tanımlanmıştır), Dünya'nın dış çekirdeğinde çok düşüktür, çünkü viskozitesi düşüktür (1.2–1.5 ×10 ^-2 paskal-saniye ) nedeniyle. likiditesine bağlıdır.

Bu nedenle, çalışmaya zaman ortalamalı ana katkı, büyüklüğü bu miktar olan ve yalnızca dolaylı olarak ilişkili olan ve genel olarak yerel olarak eşit olmayan (böylece birbirlerini etkilerler, ancak aynı yer ve zamanda değil) olan Coriolis kuvvetidir . ${\displaystyle \;-2\rho \,\mathbf {\Omega } \times \mathbf {u} \;,}$${\displaystyle \mathbf {J} \times \mathbf {B} }$

Akım yoğunluğu J , Ohm yasasına göre manyetik alanın sonucudur . Yine, madde hareketi ve akım akışı nedeniyle, bu mutlaka aynı yer ve zamanda alan değildir. Ancak bu ilişkiler yine de söz konusu miktarların büyüklük sıralarını çıkarmak için kullanılabilir.

Büyüklük sırasına göre ve , veren veya: ${\displaystyle \;J\,B\sim \rho \,\Omega \,u\;}$${\displaystyle \;J\sim \sigma uB\;}$${\displaystyle \;\sigma \,u\,B^{2}\sim \rho \,\Omega \,u\;,}$

${\displaystyle B\sim {\sqrt {{\frac {\,\rho \,\Omega \,}{\sigma }}\;}}}$

Her iki taraf arasındaki tam oran, Elsasser sayısının kareköküdür .

Manyetik alan yönünün bu yaklaşıklıktan çıkarılamayacağına (en azından işaretinden değil), kare şeklinde göründüğüne ve aslında bazen tersine çevrildiğine dikkat edin , ancak genel olarak 'ninkine benzer bir eksen üzerinde yer alır . ${\displaystyle \mathbf {\Omega } }$

Toprak dış çekirdek için, ρ yaklaşık 10 ⁴ kg / ³ ,   Ω = 2 π / gün = 7.3 x 10 ^-5 / saniye ve   σ   yaklaşık 10 ⁷ Ω ^-1 m ^-1  . Bu 2.7×10 ⁻⁴  Tesla verir .

Bir manyetik dipolün manyetik alanı, mesafede kübik bir ters bağımlılığa sahiptir, bu nedenle, dünya yüzeyindeki büyüklük sırası, yukarıdaki sonucun {{{1}}} ile  çok uzak olmayan 2.5×10 ⁻⁵ Tesla vererek çarpılmasıyla yaklaşık olarak hesaplanabilir. ekvatorda ölçülen 3×10 ⁻⁵  Tesla değerine kadar .

sayısal modeller

Dipol tersine çevrilmeden önce Glatzmaier modelinin görsel bir temsili

Genel olarak, jeodinamo modelleri, yukarıdaki bölümlerde belirtildiği gibi belirli koşullar ve denklemler verilen gözlenen verilerle tutarlı manyetik alanlar üretmeye çalışır. Manyetohidrodinamik denklemleri başarılı bir şekilde uygulamak, dinamo modellerini kendi içinde tutarlılığa ittikleri için özel bir önem taşıyordu. Geodinamo modelleri özellikle yaygın olmasına rağmen, dinamo modelleri mutlaka geodinamo ile sınırlı değildir; güneş ve genel dinamo modelleri de ilgi görüyor. Dinamo modellerini incelemek, jeofizik alanında faydalıdır, çünkü bunu yapmak, çeşitli mekanizmaların, Dünya gibi astrofiziksel cisimler tarafından üretilenler gibi manyetik alanları nasıl oluşturduğunu ve manyetik alanların kutupların ters çevrilmesi gibi belirli özellikler sergilemesine nasıl neden olduklarını belirleyebilir.

Dinamo'nun sayısal modellerinde kullanılan denklemler oldukça karmaşıktır. On yıllar boyunca teorisyenler , akışkan hareketinin önceden seçildiği ve manyetik alan üzerindeki etkisinin hesaplandığı, yukarıda açıklanan iki boyutlu kinematik dinamo modelleriyle sınırlı kaldı . Doğrusaldan doğrusal olmayan, üç boyutlu dinamo modellerine ilerleme, kinematik modellerde yapılan varsayımların çoğuna olan ihtiyacı ortadan kaldıran ve kendi kendine tutarlılığa izin veren manyetohidrodinamik denklemlere çözüm arayışları tarafından büyük ölçüde engellenmiştir.

Dipol tersine çevrilmesi sırasında Glatzmaier modelinin görsel bir temsili

Hem akışkan hareketlerini hem de manyetik alanı belirleyen ilk kendi kendine tutarlı dinamo modelleri, 1995 yılında biri Japonya'da diğeri Amerika Birleşik Devletleri'nde olmak üzere iki grup tarafından geliştirildi. İkincisi, jeodinamo açısından bir model olarak yapıldı ve Dünya'nın alanının bazı özelliklerini başarılı bir şekilde yeniden ürettiği için büyük ilgi gördü. Bu atılımın ardından, makul, üç boyutlu dinamo modellerinin geliştirilmesinde büyük bir artış oldu.

Artık birçok kendi içinde tutarlı model mevcut olsa da, modeller arasında hem ürettikleri sonuçlar hem de geliştirilme biçimleri açısından önemli farklılıklar vardır. Bir jeodinamo modeli geliştirmenin karmaşıklığı göz önüne alındığında, dinamo için enerji sağlayan mekanizmaları içeren varsayımlar yaparken, denklemlerde kullanılan parametreler için değerler seçerken veya denklemleri normalleştirirken olduğu gibi tutarsızlıkların meydana gelebileceği birçok yer vardır. Ortaya çıkabilecek birçok farklılığa rağmen, çoğu model, net eksenel dipoller gibi ortak özelliklere sahiptir. Bu modellerin çoğunda, seküler varyasyon ve jeomanyetik kutupların tersine çevrilmesi gibi fenomenler de başarıyla yeniden yaratılmıştır.

gözlemler

Dipol tersine çevrildikten sonra Glatzmaier modelinin görsel bir temsili

Dinamo modellerinden birçok gözlem yapılabilir. Modeller, manyetik alanların zamanla nasıl değiştiğini tahmin etmek için kullanılabilir ve model ile Dünya arasındaki benzerlikleri bulmak için gözlemlenen paleomanyetik verilerle karşılaştırılabilir . Bununla birlikte, paleomanyetik gözlemlerin belirsizliği nedeniyle, karşılaştırmalar tamamen geçerli veya faydalı olmayabilir. Basitleştirilmiş jeodinamo modelleri, dinamo sayısı ( dış çekirdekteki dönme hızlarındaki varyans ve ayna asimetrik konveksiyon (örn. jeodinamo ve Güneş'in dinamo arasında bulunan benzerlikler olarak. Birçok modelde, manyetik alanların, ortalama sıfıra yakın normal bir eğilimi takip eden bir şekilde rastgele büyüklüklere sahip olduğu görülmektedir. Bu gözlemlere ek olarak, modelin Dünya'dan toplanan gerçek verileri ne kadar doğru yansıttığına bağlı olarak jeodinamoya güç veren mekanizmalar hakkında genel gözlemler yapılabilir.

Modern modelleme

Dinamo modellemenin karmaşıklığı o kadar büyüktür ki, jeodinamo modelleri, süper bilgisayarların mevcut gücü ile sınırlıdır , özellikle de dış çekirdeğin Ekman ve Rayleigh sayılarını hesaplamak son derece zor ve çok sayıda hesaplama gerektirdiğinden.

1995'teki kendi içinde tutarlı buluştan bu yana dinamo modellemede birçok iyileştirme önerilmiştir. Karmaşık manyetik alan değişikliklerinin incelenmesinde bir öneri, hesaplamaları basitleştirmek için spektral yöntemler uygulamaktır . Nihayetinde, bilgisayar gücünde önemli gelişmeler sağlanana kadar, gerçekçi dinamo modellerini hesaplama yöntemlerinin daha verimli hale getirilmesi gerekecektir, bu nedenle modeli hesaplama yöntemlerinde iyileştirmeler yapmak, sayısal dinamo modellemesinin ilerlemesi için büyük önem taşımaktadır.

Ayrıca bakınız

• antidinamo teoremi
• dönen manyetik alan
• laik varyasyon

Referanslar

• Demorest, Paul (21 Mayıs 2001). "Dinamo Teorisi ve Dünyanın Manyetik Alanı (dönem ödevi)" (PDF) . Arşivlenmiş orijinal (PDF) 21 Şubat 2007 tarihinde . Erişim tarihi: 14 Ekim 2011 .
• Fitzpatrick, Richard (18 Mayıs 2002). "MHD Dinamo Teorisi" . Plazma Fiziği . Austin'deki Teksas Üniversitesi . Erişim tarihi: 14 Ekim 2011 .
• Merrill, Ronald T.; McElhinny, Michael W.; McFadden, Phillip L. (1996). Dünyanın manyetik alanı: Paleomanyetizma, çekirdek ve derin manto . Akademik Basın . ISBN'si 978-0-12-491246-5.
• Stern, David P. "Bölüm 12: Dinamo süreci" . Büyük Mıknatıs, Dünya . Erişim tarihi: 14 Ekim 2011 .
• Stern, David P. "Bölüm 13: Dünyanın Çekirdeğinde Dinamo" . Büyük Mıknatıs, Dünya . Erişim tarihi: 14 Ekim 2011 .